Ưu điểm của công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh trong ngành công nghiệp ICT

Hiện nay, các công nghệ làm mát bằng chất lỏng được sử dụng trong các trung tâm điện toán chủ yếu bao gồm làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh, làm mát bằng chất lỏng phun và làm mát bằng chất lỏng ngâm.

 

Làm mát bằng chất lỏng dạng phun giải phóng chất làm mát dưới dạng phun vào nguồn nhiệt của máy chủ, tản nhiệt thông qua quá trình bay hơi và hấp thụ nhiệt.

 

Làm mát bằng chất lỏng nhúng bao gồm việc nhúng toàn bộ máy chủ hoặc các thành phần máy chủ vào chất làm mát, tản nhiệt thông qua tiếp xúc trực tiếp. So với làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh, công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng phun và nhúng có thể đạt hiệu quả làm mát cao hơn trong trường hợp mật độ công suất cực cao.

 

Tuy nhiên, công nghệ làm mát bằng chất lỏng phun và nhúng tương đối phức tạp để triển khai và bảo trì, liên quan đến nhiều cân nhắc về an toàn và môi trường hơn, và đòi hỏi nhiều đầu tư hơn. So với công nghệ làm mát bằng chất lỏng tiếp xúc trực tiếp, làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh mang lại những ưu điểm sau:

 

 

I Mật độ cao: Việc triển khai nút mật độ cao có thể nâng cao hiệu quả năng lực tính toán trên mỗi giá đỡ

 

Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ như trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu lớn, ảo hóa và điện toán hiệu suất cao, các trung tâm điện toán ngày càng đòi hỏi nhiều năng lực tính toán hơn. Tuy nhiên, khả năng chịu tải hạn chế của các trung tâm điện toán, bị hạn chế bởi không gian xây dựng và các quy định về môi trường, đã trở thành một thách thức chính. Tăng mật độ công suất trên mỗi giá đỡ đã trở thành một phương pháp quan trọng để giải quyết vấn đề này.

 

▲ trung tâm điện toán

 

Vào năm 2022, mức tiêu thụ điện năng của bộ xử lý máy chủ thế hệ thứ tư của Intel đã vượt quá 350W cho mỗi CPU và GPU của NVIDIA đã vượt quá 700W cho mỗi đơn vị, với mật độ điện toán cụm AI thường đạt 50kW cho mỗi giá đỡ. Hiện tại, mật độ điện năng cho mỗi giá đỡ trong các trung tâm điện toán làm mát bằng không khí tự nhiên thường chỉ hỗ trợ 8-10kW. Chỉ dựa vào công nghệ làm mát bằng không khí truyền thống không còn có thể đáp ứng được nhu cầu làm mát của các nút điện toán mật độ cao. Do đó, việc áp dụng các công nghệ làm mát mới để tăng mật độ triển khai nút và nâng cao khả năng tính toán cho mỗi giá đỡ đã trở nên đặc biệt quan trọng.

 

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh là công nghệ làm mát hiệu quả giúp tăng mật độ công suất của giá đỡ.

 

• Hiệu suất làm mát hiệu quả: Công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh tích hợp chặt chẽ các tấm làm mát bằng chất lỏng với các nút máy chủ, loại bỏ nhiệt trực tiếp và đạt được hiệu quả làm mát, do đó cho phép mật độ công suất cao hơn.
• Dấu chân nhỏ hơn: Ngoài hiệu suất làm mát hiệu quả, công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh cũng có dấu chân nhỏ hơn. Việc tích hợp chặt chẽ các tấm làm mát bằng chất lỏng với các nút máy chủ giúp tiết kiệm không gian, cho phép các trung tâm điện toán triển khai nhiều nút hơn trong một không gian hạn chế, giúp tăng cường mật độ năng lực tính toán hơn nữa.

 

 

II Hiệu suất cao: Làm mát bằng chất lỏng ở phía nguồn nhiệt cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát máy chủ

 

Do đặc tính truyền nhiệt của không khí, hiệu quả làm mát của công nghệ làm mát bằng không khí bị hạn chế. Độ dẫn nhiệt thấp của không khí và khả năng nhạy cảm với biến động nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất làm mát của hệ thống làm mát bằng không khí trong môi trường nhiệt độ cao. Hơn nữa, khả năng làm mát của hệ thống làm mát bằng không khí cũng bị hạn chế bởi tốc độ luồng không khí và điều kiện lưu thông không khí. Ngược lại, công nghệ làm mát bằng chất lỏng, với hiệu suất truyền nhiệt cao hơn và hiệu suất làm mát ổn định hơn, vượt trội trong môi trường mật độ công suất cao và nhiệt độ cao. Do đó, ngày càng nhiều trung tâm điện toán đang chuyển sang công nghệ làm mát bằng chất lỏng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về điện toán.

 

▲ Công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh

 

Công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh thay thế không khí bằng chất làm mát làm môi trường truyền nhiệt, dẫn trực tiếp chất làm mát đến các mô-đun chip sinh nhiệt. Thông qua truyền nhiệt tiếp xúc gián tiếp, nhiệt do chip sinh ra được dẫn đi, làm giảm nhiệt độ của các mô-đun chip và tăng cường cả hiệu quả làm mát và hiệu suất tính toán của chúng.

 

• Nhiệt dung riêng của chất lỏng cao hơn nhiều so với chất khí, nghĩa là lượng nhiệt hấp thụ/giải phóng trên một đơn vị thay đổi nhiệt độ lớn hơn nhiều so với không khí, dẫn đến cải thiện đáng kể hiệu quả làm mát. Ví dụ, hiệu suất truyền nhiệt của nước trên một đơn vị thể tích lớn hơn 3.500 lần so với không khí, giải quyết hiệu quả các thách thức về làm mát do các máy chủ mật độ ngày càng cao gây ra.
• Ngoài ra, bằng cách thay thế làm mát bằng không khí bằng làm mát bằng chất lỏng, nhu cầu về quạt được loại bỏ, giảm mức tiêu thụ năng lượng hoạt động của toàn bộ hệ thống làm mát. Trong một nút điển hình, với 80% CPU và bộ nhớ được bao phủ bởi các tấm lạnh, PUE làm mát có thể giảm xuống còn 1,15 hoặc thấp hơn. Do đó, so với làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng cung cấp khả năng làm mát cao hơn cho từng chip.

 

 

III Độ tin cậy cao: Các kịch bản được thiết kế khoa học đảm bảo hệ thống hoạt động đáng tin cậy và ổn định

 

Chất làm mát trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng là một trong những yếu tố chính duy trì hoạt động bình thường của hệ thống. Thiết kế ngăn ngừa rò rỉ chuyên nghiệp và quản lý vận hành là rất quan trọng đối với sự ổn định của hệ thống làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh. Sau nhiều năm phát triển và cải tiến, độ tin cậy của công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh đã được đảm bảo tốt, với các biện pháp an toàn như thiết kế ngăn ngừa rò rỉ, giám sát rò rỉ đầy đủ và quản lý lỗi cung cấp khả năng ngăn ngừa rủi ro lỗi toàn diện và đa góc độ, đảm bảo rằng thiết bị hệ thống hoạt động trong môi trường an toàn và ổn định, do đó bảo vệ cả môi trường và an toàn cho con người.

 

▲ Hệ thống làm mát bằng chất lỏng

 

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh sử dụng thiết kế chống rò rỉ ba cấp, đảm bảo không xảy ra sự cố rò rỉ nào ở cấp độ nút, tủ và phòng.

 

• Đế nút được bịt kín hoàn toàn, có khả năng dẫn hướng và thoát nước nhanh chóng bất kỳ rò rỉ nào, ngăn không cho chúng ảnh hưởng đến các nút khác.
• Tủ được trang bị thiết kế phun rò rỉ kết nối nhanh và van điện từ để kiểm soát chất lỏng làm mát tự động.
• Phòng sử dụng thiết kế vòng lặp kép, đảm bảo rò rỉ ở một tủ sẽ được cách ly và không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các tủ khác.

 

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh có thể đạt được khả năng giám sát rò rỉ đầy đủ. Toàn bộ tủ được trang bị khả năng phát hiện rò rỉ ba cấp, cung cấp cảnh báo rò rỉ chính xác.

 

• Các nút sử dụng ống bọc dây nhúng nước để phát hiện rò rỉ và báo cáo cho BMC (Bộ điều khiển quản lý bo mạch) để theo dõi và cảnh báo.
• Vách ngăn tủ được trang bị cảm biến rò rỉ quang điện ở cả đầu vào và đầu ra của nước, với cảnh báo giám sát RMU (Bộ phận vòng chính) được báo cáo tới nền tảng quản lý mạng.
• Bộ trao đổi nhiệt không khí-lỏng (cửa làm mát chất lỏng) theo dõi mức nước bằng cảm biến phao và cảnh báo được báo cáo đến nền tảng quản lý mạng thông qua RMU.

 

 

IV Tiêu thụ năng lượng thấp: Công nghệ tiết kiệm năng lượng tiên tiến hướng dẫn phát triển xanh và ít carbon trong các trung tâm điện toán

 

Là những đơn vị tiêu thụ năng lượng chính, các trung tâm điện toán chỉ cung cấp một phần nhỏ điện năng cho các tải CNTT, với mức tiêu thụ năng lượng chính đến từ hệ thống làm mát. Bằng cách thay thế quạt và máy điều hòa không khí bằng công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh, không yêu cầu tiêu thụ điện liên tục, mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của trung tâm điện toán có thể giảm đáng kể, làm giảm đáng kể giá trị PUE. Công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh, thông qua một loạt các công nghệ tiết kiệm năng lượng như phân phối lạnh, kiểm soát nhiệt độ chính xác, làm mát bằng nước ấm và thu hồi nhiệt thải, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng của các trung tâm điện toán, đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng.

 

▲ trung tâm điện

 

Công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh cung cấp trực tiếp chất làm mát nhiệt độ thấp cho các thành phần sinh nhiệt thông qua bộ phận phân phối lạnh, hấp thụ nhiệt do máy chủ tạo ra một cách nhanh chóng và hiệu quả, rút ​​ngắn hiệu quả đường truyền nhiệt và cải thiện hiệu quả làm mát hệ thống.

 

• So với các hệ thống làm mát bằng không khí truyền thống, hệ thống làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh giúp giảm nhu cầu làm mát bằng không khí diện rộng, cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác và giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng làm mát của các trung tâm điện toán.
• Ngoài ra, công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh áp dụng làm mát bằng nước ấm, với nhiệt độ nước đầu ra đạt 55-60 độ, cho phép làm mát tự nhiên quanh năm. Hơn nữa, với nhiệt độ nước hồi lưu vượt quá 55 độ, chất lượng nhiệt cao cho phép thu hồi nhiệt thải để tái sử dụng. Làm mát bằng chất lỏng nước ấm làm giảm tải tản nhiệt của hệ thống làm mát và thu hồi nhiệt thải làm giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể. Cùng nhau, chúng có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm điện toán. Bên cạnh việc giảm mức tiêu thụ năng lượng của chính hệ thống làm mát, làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh giúp hạ thấp nhiệt độ chip hơn nữa, dẫn đến độ tin cậy cao hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn. Dự kiến ​​mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của hệ thống sẽ giảm khoảng 5%.

 

 

V Dễ bảo trì: Tủ máy chủ tích hợp cho phép bảo trì tự động và thông minh

 

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng tăng, các trung tâm điện toán đang mở rộng quy mô, và môi trường ứng dụng và hệ thống của chúng ngày càng phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều nhân lực và hỗ trợ kỹ thuật hơn để đảm bảo tính ổn định và bảo mật. Tủ làm mát chất lỏng tấm lạnh tích hợp được công nhận rộng rãi trên thị trường vì những ưu điểm của chúng trong việc triển khai nhanh chóng và bảo trì thuận tiện.

 

▲ Tủ làm mát chất lỏng tấm lạnh tích hợp

 

Tủ máy chủ làm mát bằng chất lỏng có thể tự động bảo trì mà không cần cáp thông qua thiết kế lắp ẩn ba bus cho mạch nước làm mát bằng chất lỏng, nguồn điện và mạng trao đổi, giúp đơn giản hóa đáng kể quy trình bảo trì và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc.

 

• Sau khi được lắp đặt, thử nghiệm và gỡ lỗi trên dây chuyền sản xuất, tủ máy chủ làm mát bằng chất lỏng có thể được giao trực tiếp đến trung tâm dữ liệu của khách hàng, không cần lắp đặt tại chỗ và rút ngắn chu kỳ giao hàng xuống còn vài ngày.
• Đường ống phụ sử dụng thiết kế mô-đun, với các thành phần được chế tạo sẵn tại nhà máy, loại bỏ nhu cầu hàn và xả tại chỗ, cải thiện hiệu suất lên 50% và đẩy nhanh đáng kể quá trình triển khai và kích hoạt.
• Hơn nữa, tủ máy chủ làm mát bằng chất lỏng có tính năng bảo trì bằng robot, tự động nhận dạng vị trí chữ U của máy chủ, tích hợp quản lý mạng của bên thứ ba và quản lý thông minh, giúp đơn giản hóa quy trình bảo trì đồng thời cải thiện hiệu quả bảo trì.

 

Thông qua thiết kế tích hợp, tủ máy chủ làm mát bằng chất lỏng có khả năng bảo trì tự động không cần cáp, thay thế linh kiện hiệu quả, giao tủ nhanh, thiết kế đường ống hiệu quả và khả năng bảo trì thông minh giúp bảo trì thuận tiện hơn, triển khai nhanh hơn và vận hành hiệu quả hơn, đồng thời giảm chi phí bảo trì và đầu vào lao động. Những lợi thế này khiến tủ máy chủ làm mát bằng chất lỏng trở thành lựa chọn lý tưởng cho hoạt động đáng tin cậy và phát triển trong tương lai của các trung tâm điện toán.

 

 

VI Easy Retrofit: Ưu điểm về khả năng vận hành linh hoạt hỗ trợ nâng cấp và chuyển đổi các trung tâm dữ liệu lỗi thời

 

Trước các yêu cầu và chính sách thắt chặt về tiêu thụ năng lượng, các trung tâm điện toán truyền thống đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể. Để đáp ứng nhu cầu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, các nhà điều hành trung tâm điện toán phải thực hiện các biện pháp hiệu quả. Trong số đó, việc cải tạo không khí sang chất lỏng, với hiệu quả kinh tế đáng kể, sử dụng năng lượng cao và hiệu suất tuyệt vời, đã trở thành một con đường khả thi để các nhà điều hành trung tâm điện toán thích ứng với các yêu cầu tiêu thụ năng lượng hiện tại và các thách thức về môi trường.

 

▲ Công nghệ làm mát bằng chất lỏng

 

Bằng cách chuyển đổi phương pháp làm mát của một số hoặc tất cả các máy chủ từ công nghệ làm mát bằng không khí truyền thống sang công nghệ làm mát bằng chất lỏng hiệu quả, các trung tâm điện toán có thể cải thiện đáng kể việc sử dụng năng lượng, giảm giá trị PUE và do đó giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể. Động thái này không chỉ giúp đáp ứng các yêu cầu về mức tiêu thụ năng lượng mà còn nâng cao hiệu quả làm mát máy chủ, tăng khả năng tính toán và giảm các vấn đề liên quan đến tiếng ồn của quạt và lưu thông không khí, cải thiện tính ổn định và độ tin cậy của máy chủ.

 

• Đầu tiên, công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh cung cấp khả năng tương thích vật liệu tốt hơn với các thành phần sinh nhiệt. Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh, chất làm mát chỉ chảy qua các đường ống của tấm lạnh và không tiếp xúc trực tiếp với bo mạch chủ và các thành phần sinh nhiệt của máy chủ. Do đó, không cần thiết kế vật liệu đặc biệt cho bo mạch chủ và các thành phần sinh nhiệt. Khi lựa chọn chất làm mát, người ta chỉ cần cân nhắc đến khả năng tương thích của nó với đường ống tuần hoàn và tấm lạnh. Điều này làm cho công nghệ làm mát bằng chất lỏng tấm lạnh linh hoạt hơn và phù hợp với nhiều thiết bị máy chủ khác nhau mà không cần phải sửa đổi phần cứng nhiều.
• Thứ hai, công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh dễ dàng cải tiến. Công nghệ này không làm thay đổi hình dạng ban đầu của bo mạch chủ máy chủ mà thay vào đó là sửa đổi nó trong khi vẫn giữ nguyên bo mạch chủ hiện có. Phương pháp sửa đổi này không chỉ cho phép tháo rời dễ dàng và lắp đặt thuận tiện mà còn mang lại khả năng thực hiện tốt hơn về mặt công nghệ, ngành công nghiệp và sản xuất quy mô lớn. Vì không yêu cầu thay đổi hoặc thay thế lớn bo mạch chủ nên việc lắp đặt và bảo trì công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh đơn giản và thuận tiện hơn, đồng thời cũng giảm bớt khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất trong công nghệ và ngành công nghiệp. Ngược lại, công nghệ làm mát bằng chất lỏng ngâm thường yêu cầu thiết kế bo mạch chủ làm mát bằng chất lỏng chuyên dụng để phù hợp với đặc điểm ngập hoàn toàn của nó, điều này chắc chắn làm tăng cả chi phí kỹ thuật và sản xuất.

 

Tận dụng những lợi thế này, công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm lạnh tiện lợi hơn và tiết kiệm chi phí hơn trong các ứng dụng thực tế, khiến nó trở thành công nghệ được ưa chuộng để nâng cấp và trang bị lại các hệ thống làm mát không khí-chất lỏng cũ trong các trung tâm điện toán.